

耦合擺 BJDBL-04
物理學(xué)研究中,具有相互作用的振動(dòng)系統(tǒng),是有深刻的含義而又極其普遍的。本實(shí)驗(yàn)是采用一種力學(xué)擺模型來演示這一現(xiàn)象。而在電學(xué)中電容和電感耦合起來的振蕩回路、固體晶格中相鄰原子的振動(dòng)模式以及光子和聲子耦合產(chǎn)生的電磁耦合場均具有同樣的現(xiàn)象和規(guī)律。
本儀器由兩個(gè)完全相同的單擺組成,兩者之間用一根彈簧相連,實(shí)現(xiàn)了相互的耦合即組成耦合擺。
(1)擺長為L的單擺,其固有圓頻率為
,式中g(shù)為重力加速度。
(2)將兩個(gè)完全相同的單擺通過一根彈簧耦合組成耦合擺,如果一個(gè)擺固定,另一個(gè)擺振動(dòng)的頻率叫做支頻率,表達(dá)為
式中K為彈簧的倔強(qiáng)系數(shù),m為單擺有效質(zhì)量。兩個(gè)固有圓頻率相等的擺組成的耦合擺,其兩個(gè)支頻率相等。
(3)耦合系統(tǒng)的振動(dòng)方式取決于初始條件。有兩種特有的振動(dòng)方式,稱作簡正振動(dòng)。
一種是兩擺往同方向從平衡位置移開相等的距離引起的振動(dòng),即同相振動(dòng),其簡正頻率與單個(gè)擺的固有頻率相同。
另一種是兩擺從平衡位置往相反方相移開相等距離引起的振動(dòng),即反相振動(dòng),其簡正頻率為:
。
(4)在一般情況下,耦合系統(tǒng)的振動(dòng)是這兩個(gè)簡正振動(dòng)的組合,振動(dòng)表現(xiàn)出拍振的性質(zhì),拍振頻率
;兩個(gè)擺相繼地發(fā)生振幅周期性增大和減小,能量在兩個(gè)擺之間來回交替?zhèn)鬟f。